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1、覆冰的形成过程
导线发生覆冰时,首先会在迎风面上成长。如风向不发生大的变化,迎风面上的覆冰厚度就会继续增加。当迎风面覆冰达到一定厚度时,其偏心重量会产生扭矩,使导线发生扭转。导线扭转后,未覆冰或覆冰不多的背风面逐渐转向迎风面,捕获过冷却水滴,覆冰增加,最后终于在导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。通常情况下,小导线因抗扭性能差,因此其覆冰多为圆形,而大导线因其抗扭性能好而多呈椭圆形或新月形。就一档导线而言,中部覆冰多为圆形,而靠近杆塔处的端部覆冰多为新月形。
2、影响导线覆冰的气象因素
影响导线覆冰的气象因素主要包括气温、空气湿度、风速、风向及凝结高度等参数。
(1)空气温度
一般最易覆冰的温度为 0 - -6℃。若气温太低,则过冷却水滴都变成了雪花,形成不了导线覆冰,正因为如此,严寒的北方地区冰害事故反而比南方的云、贵、湘、鄂为轻。
(2)空气湿度
湿度一般在 85%以上,较易引起导线覆冰,而且还易形成雨淞。湖南省每逢严冬和初春季节,因阴雨连绵,空气湿度很高 (90%以上 ),故导线极易覆冰,且多为雨淞。
(3)风速风向无风和微风时,有利于晶状雾淞的形成 ;风速较大时则有利于粒状雾淞的形成。
而风向主要会对覆冰形状产生影响,当风向与导线垂直时,结冰会在迎风面 ,上先生成,产生偏心覆冰,而当风向与导线平行时,则容易产生均匀覆冰。
(4)凝结高度
凝结高度是以地面为起始基准的空气冻结高度,它的大小对高海拔山区的导线覆冰具有决定性的影响。当山峰高度超过凝结高度时 (如云南乌蒙山东侧、滇东云贵交界地区 ),此区域必属于重冰区或特重冰区。
3、导线覆冰的影响导线覆冰后的实际重量超过设计值很多,从而导致架空输电导线机械和电气方面的事故。
(1)垂直荷载
覆冰条件下,冰的重量会增加所有支持结构和金具的垂直荷载,使架空地线弧垂往往超過导线弧垂,地线垂到导线中间,因风吹摆动而引起短路事故 ;另外 ,覆冰增加的导线张力及地线张力将按比例地增加所有转角杆塔及其基础的扭矩,造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜,甚至在拉线点以下发生折断。
(2)水平荷载
导线因覆冰使迎风面增大,因此,风吹覆冰导线所产生的水平荷载也随之增加。覆冰期间的最大水平荷载将在“风速与冰量”的某种关系下发生,此时线路可能遭受到严重的横向串基倒杆事故。
(3)振动荷载
当导线上凝聚霜淞时,其载面增大 ,形状仍保持为均匀圆形,而霜层几乎不改变导线阻尼,因此,一定的风力所引起的导线振动,其频率低于裸线时的频率,而振幅比裸线时小,并且,频率下降可能低到防振装置的有效运行范围以下。
4、融冰电流计算
4.1、直流短路融冰的临界电流
覆冰导线通电流后产生焦耳热,热量通过冰层传到冰的表面(冰表面温度为 Ti),冰表面再和空气进行热交换。当冰表面散失的热量和导体产生的热量相等,且“导线—冰”交界面的温度为冰的熔点温度( Tmelt=0℃)时,并将处于融和不融的临界状态。此时,“导线—冰”交界面的热平衡关系为:
参考文献
《架空导线覆冰及脱冰机理研究》《输电线路交直流融冰热平衡过程及融冰条件分析》
作者简介:郭海宾(1992.02),男,广东省广州市,广州地铁集团有限公司,城市轨道交通供电工程师。研究方向:接触网运维。
导线发生覆冰时,首先会在迎风面上成长。如风向不发生大的变化,迎风面上的覆冰厚度就会继续增加。当迎风面覆冰达到一定厚度时,其偏心重量会产生扭矩,使导线发生扭转。导线扭转后,未覆冰或覆冰不多的背风面逐渐转向迎风面,捕获过冷却水滴,覆冰增加,最后终于在导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。通常情况下,小导线因抗扭性能差,因此其覆冰多为圆形,而大导线因其抗扭性能好而多呈椭圆形或新月形。就一档导线而言,中部覆冰多为圆形,而靠近杆塔处的端部覆冰多为新月形。
2、影响导线覆冰的气象因素
影响导线覆冰的气象因素主要包括气温、空气湿度、风速、风向及凝结高度等参数。
(1)空气温度
一般最易覆冰的温度为 0 - -6℃。若气温太低,则过冷却水滴都变成了雪花,形成不了导线覆冰,正因为如此,严寒的北方地区冰害事故反而比南方的云、贵、湘、鄂为轻。
(2)空气湿度
湿度一般在 85%以上,较易引起导线覆冰,而且还易形成雨淞。湖南省每逢严冬和初春季节,因阴雨连绵,空气湿度很高 (90%以上 ),故导线极易覆冰,且多为雨淞。
(3)风速风向无风和微风时,有利于晶状雾淞的形成 ;风速较大时则有利于粒状雾淞的形成。
而风向主要会对覆冰形状产生影响,当风向与导线垂直时,结冰会在迎风面 ,上先生成,产生偏心覆冰,而当风向与导线平行时,则容易产生均匀覆冰。
(4)凝结高度
凝结高度是以地面为起始基准的空气冻结高度,它的大小对高海拔山区的导线覆冰具有决定性的影响。当山峰高度超过凝结高度时 (如云南乌蒙山东侧、滇东云贵交界地区 ),此区域必属于重冰区或特重冰区。
3、导线覆冰的影响导线覆冰后的实际重量超过设计值很多,从而导致架空输电导线机械和电气方面的事故。
(1)垂直荷载
覆冰条件下,冰的重量会增加所有支持结构和金具的垂直荷载,使架空地线弧垂往往超過导线弧垂,地线垂到导线中间,因风吹摆动而引起短路事故 ;另外 ,覆冰增加的导线张力及地线张力将按比例地增加所有转角杆塔及其基础的扭矩,造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜,甚至在拉线点以下发生折断。
(2)水平荷载
导线因覆冰使迎风面增大,因此,风吹覆冰导线所产生的水平荷载也随之增加。覆冰期间的最大水平荷载将在“风速与冰量”的某种关系下发生,此时线路可能遭受到严重的横向串基倒杆事故。
(3)振动荷载
当导线上凝聚霜淞时,其载面增大 ,形状仍保持为均匀圆形,而霜层几乎不改变导线阻尼,因此,一定的风力所引起的导线振动,其频率低于裸线时的频率,而振幅比裸线时小,并且,频率下降可能低到防振装置的有效运行范围以下。
4、融冰电流计算
4.1、直流短路融冰的临界电流
覆冰导线通电流后产生焦耳热,热量通过冰层传到冰的表面(冰表面温度为 Ti),冰表面再和空气进行热交换。当冰表面散失的热量和导体产生的热量相等,且“导线—冰”交界面的温度为冰的熔点温度( Tmelt=0℃)时,并将处于融和不融的临界状态。此时,“导线—冰”交界面的热平衡关系为:
参考文献
《架空导线覆冰及脱冰机理研究》《输电线路交直流融冰热平衡过程及融冰条件分析》
作者简介:郭海宾(1992.02),男,广东省广州市,广州地铁集团有限公司,城市轨道交通供电工程师。研究方向:接触网运维。